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二次函數(shù)在高中階段的應(yīng)用

時(shí)間: 王煥超1 分享
在初中教材中,對(duì)二次函數(shù)作了較詳細(xì)的研究,由于初中學(xué)生基礎(chǔ)薄弱,又受其接受能力的限制,這部份內(nèi)容的學(xué)習(xí)多是機(jī)械的,很難從本質(zhì)上加以理解。進(jìn)入高中以后,尤其是高三復(fù)習(xí)階段,要對(duì)他們的基本概念和基本性質(zhì)(圖像以及單調(diào)性、奇偶性、有界性)靈活應(yīng)用,對(duì)二次函數(shù)還需再深入學(xué)習(xí)。
一、進(jìn)一步深入理解函數(shù)概念
初中階段已經(jīng)講述了函數(shù)的定義,進(jìn)入高中后在學(xué)習(xí)集合的基礎(chǔ)上又學(xué)習(xí)了映射,接著重新學(xué)習(xí)函數(shù)概念,主要是用映射觀點(diǎn)來(lái)闡明函數(shù),這時(shí)就可以用學(xué)生已經(jīng)有一定了解的函數(shù),特別是二次函數(shù)為例來(lái)加以更深認(rèn)識(shí)函數(shù)的概念。二次函數(shù)是從一個(gè)集合A(定義域)到集合B(值域)上的映射ƒ:A→B,使得集合B中的元素y=ax2+bx+c(a≠0)與集合A的元素X對(duì)應(yīng),記為ƒ(x)= ax2+ bx+c(a≠0)這里ax2+bx+c表示對(duì)應(yīng)法則,又表示定義域中的元素X在值域中的象,從而使學(xué)生對(duì)函數(shù)的概念有一個(gè)較明確的認(rèn)識(shí),在學(xué)生掌握函數(shù)值的記號(hào)后,可以讓學(xué)生進(jìn)一步處理如下問(wèn)題:
類型I:已知ƒ(x)= 2x2+x+2,求ƒ(x+1)
這里不能把ƒ(x+1)理解為x=x+1時(shí)的函數(shù)值,只能理解為自變量為x+1的函數(shù)值。
類型Ⅱ:設(shè)ƒ(x+1)=x2-4x+1,求ƒ(x)
這個(gè)問(wèn)題理解為,已知對(duì)應(yīng)法則ƒ下,定義域中的元素x+1的象是x2-4x+1,求定義域中元素X的象,其本質(zhì)是求對(duì)應(yīng)法則。
一般有兩種方法:
(1)把所給表達(dá)式表示成x+1的多項(xiàng)式。
ƒ(x+1)=x2-4x+1=(x+1)2-6(x+1)+6,再用x代x+1得ƒ(x)=x2-6x+6
(2) 變量代換:它的適應(yīng)性強(qiáng),對(duì)一般函數(shù)都可適用。
令t=x+1,則x=t-1 ∴(t)=(t-1)2-4(t-1)+1=t2-6t+6從而ƒ(x)= x2-6x+6
二、二次函數(shù)的單調(diào)性,最值與圖像。
在高中階階段學(xué)習(xí)單調(diào)性時(shí),必須讓學(xué)生對(duì)二次函數(shù)y=ax2+bx+c在區(qū)間(-∞,-b2a]及[-b2a,+∞) 上的單調(diào)性的結(jié)論用定義進(jìn)行嚴(yán)格的論證,使它建立在嚴(yán)密理論的基礎(chǔ)上,與此同時(shí),進(jìn)一步充分利用函數(shù)圖像的直觀性,給學(xué)生配以適當(dāng)?shù)木毩?xí),使學(xué)生逐步自覺(jué)地利用圖像學(xué)習(xí)二次函數(shù)有關(guān)的一些函數(shù)單調(diào)性。
類型Ⅲ:畫出下列函數(shù)的圖像,并通過(guò)圖像研究其單調(diào)性。
(1)y=x2+2|x-1|-1
(2)y=|x2-1|
(3)= x2+2|x|-1
這里要使學(xué)生注意這些函數(shù)與二次函數(shù)的差異和聯(lián)系。掌握把含有絕對(duì)值記號(hào)的函數(shù)用分段函數(shù)去表示,然后畫出其圖像。
類型Ⅳ設(shè)ƒ(x)=x2-2x-1在區(qū)間[t,t+1]上的最小值是g(t)。
求:g(t)并畫出 y=g(t)的圖像
解:ƒ(x)=x2-2x-1=(x-1)2-2,在x=1時(shí)取最小值-2
當(dāng)1∈[t,t+1]即0≤t≤1,g(t)=-2
當(dāng)t>1時(shí),g(t)=ƒ(t)=t2-2t-1]
當(dāng)t<0時(shí),g(t)=ƒ(t+1)=t2-2
t2-2, (t<0)
g(t)= -2,(0≤t≤1)
t2-2t-1, (t>1)
首先要使學(xué)生弄清楚題意,一般地,一個(gè)二次函數(shù)在實(shí)數(shù)集合R上或是只有最小值或是只有最大值,但當(dāng)定義域發(fā)生變化時(shí),取最大或最小值的情況也隨之變化,為了鞏固和熟悉這方面知識(shí),可以再給學(xué)生補(bǔ)充一些練習(xí)。
如:y=3x2-5x+6(-3≤x≤-1),求該函數(shù)的值域。
三、二次函數(shù)的知識(shí),可以準(zhǔn)確反映學(xué)生的數(shù)學(xué)思維:
類型Ⅴ:設(shè)二次函數(shù)ƒ(x)=ax2+bx+c(a>0)方程ƒ(x)-x=0的兩個(gè)根x1,x2滿足0<x1<x2<1a。
(Ⅰ)當(dāng)X∈(0,x1)時(shí),證明X<ƒ(x)<x1。
(Ⅱ)設(shè)函數(shù)ƒ(x)的圖像關(guān)于直線x=x0對(duì)稱,證明x0< x2。
解題思路:
本題要證明的是x<ƒ(x),ƒ(x)<x1和x0< x2 ,由題中所提供的信息可以聯(lián)想到:①ƒ(x)=x,說(shuō)明拋物線與直線y=x在第一象限內(nèi)有兩個(gè)不同的交點(diǎn);②方程ƒ(x)-x=0可變?yōu)閍x2+(b-1)x+1=0,它的兩根為x1,x2,可得到x1,x2與a.b.c之間的關(guān)系式,因此解題思路明顯有三條①圖像法②利用一元二次方程根與系數(shù)關(guān)系③利用一元二次方程的求根公式,輔之以不等式的推導(dǎo)?,F(xiàn)以思路②為例解決這道題:
(Ⅰ)先證明x<ƒ(x),令ƒ(x)=ƒ(x)-x,因?yàn)閤1,x2是方程ƒ(x)-x=0的根,ƒ(x)=ax2+bx+c,所以能ƒ(x)=a(x-x1)(x-x2)
因?yàn)?<x1<x2,所以,當(dāng)x∈(0,x1)時(shí), x-x1<0, x-x2<0得(x-x1)(x-x2)>0,又a>0,因此ƒ(x) >0,即ƒ(x)-x>0.至此,證得x<ƒ(x)
根據(jù)韋達(dá)定理,有 x1x2=ca ∵ 0<x1<x2<1a,c=ax1x2<x=ƒ(x1), 又c=ƒ(0),∴ƒ(0)<ƒ(x1), 根據(jù)二次函數(shù)的性質(zhì),曲線y=ƒ(x)是開(kāi)口向上的拋物線,因此,函數(shù)y=ƒ(x)在閉區(qū)間[0,x1]上的最大值在邊界點(diǎn)x=0或x=x1處達(dá)到,而且不可能在區(qū)間的內(nèi)部達(dá)到,由于ƒ(x1)>ƒ(0),所以當(dāng)x∈(0,x1)時(shí)ƒ(x)<ƒ(x1)=x1,
即x<ƒ(x)<x1
(Ⅱ) ∵ƒ(x)=ax2+bx+c=a(x+-b/2a)2+(c-),(a>0)
函數(shù)ƒ(x)的圖像的對(duì)稱軸為直線x=- b/2a,且是唯一的一條對(duì)稱軸,因此,依題意,得x0=-b/2a,因?yàn)閤1,x2是二次方程ax2+(b-1)x+c=0的根,根據(jù)違達(dá)定理得,x1+x2=-b-1a,∵x2-1a<0,
∴x0=-b2a=12(x1+x2-1a)<x2,即x0=x2。
二次函數(shù),它有豐富的內(nèi)涵和外延。作為最基本的冪函數(shù),可以以它為代表來(lái)研究函數(shù)的性質(zhì),可以建立起函數(shù)、方程、不等式之間的聯(lián)系,可以偏擬出層出不窮、靈活多變的數(shù)學(xué)問(wèn)題,考查學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和綜合數(shù)學(xué)素質(zhì),特別是能從解答的深入程度中,區(qū)分出學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)和思想方法解決數(shù)學(xué)問(wèn)題的能力。
二次函數(shù)的內(nèi)容涉及很廣,本文只討論至此,希望各位同仁在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中也多關(guān)注這方面知識(shí),使我們對(duì)它的研究更深入。
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